铬铁矿
基本信息
中文名：铬铁矿、 外文名：chromite、 硬度：5.5-6.5、 比重：4.3-4.8g/cm3、 解理：无解理、 归属学科：矿产矿业。
矿物资料
简介
铬铁矿是一种矿物，主要成分为铁、镁和铬的氧化物：(Fe, Mg)Cr2O4，是尖晶石的一种。它是唯一可开采的铬矿石，矿物成分较复杂，镁的含量不定，有时也含铝和铁元素。自然界含铬矿物约30种,但具有工业价值的只有铬铁矿,中国常见的有铬铁矿、铝铬铁矿和富铬尖晶石。
铬铁矿难熔，用作耐火材料，也用于制取三氧化二铬、重铬酸钠、重铬酸钾等铬化合物。
矿石成份
铬铁矿是铬和铁的氧化物矿物。有高碳铬铁(含碳为4~8%)、中碳铬铁(含碳为0.5~4%)、低碳铬铁(含碳0.15~0.50%)、微碳铬铁(含碳为0.06%)、超微碳铬铁(含碳小于0.03%)、金属铬、硅铬合金。它相当坚硬，黑色半金属光泽。铬铁矿是金属铬的主要来源，也可用于高温耐火材料。铬铁矿一般呈块状或粒状的集合体。铬铁矿化学成分为FeCr2O4、晶体属等轴晶系的氧化物矿物。成分中的铁常可部分被镁所置换，当以Mg为主时，则名镁铬铁矿(magnesiochromite)。具正常尖晶石型结构。铬铁矿Cr2O3含量67.91%。是工业铬的主要来源，也可用制高温耐火材料，如铬砖。摩斯硬度5.5～6，比重3.9～4.8。具弱磁性。铬铁矿仅产于超基性或基性岩中。大型铬铁矿矿床主要产于南非的德兰士瓦、津巴布韦的圭洛附近，俄罗斯的斯维德洛夫斯克地区以及古巴等地。中国铬铁矿的产地有西藏、甘肃和陕西等地。[1]
矿物分类
铬铁矿在市场上按使用要求一般分为3类：
（1）高铬铬铁矿（冶金用），含Cr2O348%以上，Cr2O3/FeO比值大。
（2）高铁铬铁矿（化工用），含Cr2O350%以上，含SiO2、Al2O3少。
（3）高铝铬铁矿（耐火材料用），含Cr2O330%～35%，含Al2O3、MgO多。耐火材料用的铬矿的矿物组成中含MgO%26bull;Cr2O3、MgO%26bull;Al2O3多，含FeO%26bull;Cr2O3及FeO%26bull;Fe2O3少者为好。辉绿岩铸石用铬矿含Cr2O310%～20%、SiO2%26lt;10%。
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结构特性
化学组成
(Mg,Fe)Cr2O4，成分比较复杂，广泛存在Cr2O3、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO五种基本组分的类质同象置换。
化学通式
(Mg、Fe2+)(CR、Al、Fe3+)2O4或(Mg、Fe2+)O(Cr、Al、Fe3+)2O3，其Cr2O3含量为18%~62%。
鉴定特征
黑色，条痕深棕色，硬度大和产于超基性岩中为鉴定特征;铬铁矿，外表很像磁铁矿，不同之处是磁性很弱，条痕为棕色，和磁铁矿的黑色不同。
成因产状
岩浆作用的矿物，常产于超基性岩中，与橄榄石共生;也见于砂矿中
著名产地
铬铁矿的产地主要为巴西和古巴，生产国则主要是印度、伊朗、巴基斯坦、阿曼、津巴布韦、土耳其和南非，共占世界产量的80%，其中南非一国的产量便占40%。铬铁矿主要存在于中国的四川、西藏、甘肃、青海等省份。
名称来源
铬，Chromitim一字，来自希腊语Chroma，指颜色;这是因为一切含铬的化合物，都具有显著的颜色。
晶体形态
六八面体晶体
晶体结构
晶系和空间群：等轴晶系，Fd3m;晶胞参数:a0=8.325-8.344埃;粉晶数据:2.52(1)1.46(0.9)1.6(0.9)
物理性质
断口：参差到平坦
颜色：黑色
条痕：深棕色
透明度：不透明
光泽：金属光泽
其他：具弱磁性，含铁量高者磁性较强
光学性质：质体;n=2.08
矿物原料特点
二种主要特性
铬具有亲氧性和亲铁性，以亲氧性较强，只有在还原和硫的逸度较高的情况下才显示亲硫性。在内生作用条件下铬一般呈三价。六次酸位的Ｃｒ３＋和Ａｌ３＋Ｆｅ３＋的离子半径相接近，故它们之间可以呈广泛的类质同象。此外，可与铬类质同象代替的元素还有Ｍｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ等，所以在镁铁硅酸盐矿物和副矿物中有铬的广泛分布。在表生带强烈氧化条件下（碱性介质），Ｃｒ３＋氧化成Ｃｒ６＋形式的铬酸根离子，使不活动的铬离子变成易溶的铬阴离子发生迁移。遇极化性很强的离子（如Ｃｕ、Ｐｂ等），则形成难溶的铬酸性矿物。
在自然界中目前已发现的含铬矿物约有５０余种，分别属于氧化物类、铬酸盐类和硅酸盐类。
已发现的类型
此外还有少数氢氧化物、碘酸盐、氮化物和硫化物。其中氮化铬和硫化铬矿物只见于陨石中。
具有工业价值的铬矿物都属于铬尖晶石类矿物，它们的化学通式为（Ｍｇ、Ｆｅ２＋）（Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ３＋）２Ｏ４或（Ｍｇ、Ｆｅ２＋）Ｏ（Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ３＋）２Ｏ３，其Ｃｒ２Ｏ３含量为１８％～６２％。[2]
用途
在冶金、玻璃、水泥工业中使用镁铬砖及铬镁砖。由于在水泥回转窑上使用含铬制品会产生六价铬化合物，基于环境保护的原因，逐渐被镁铝尖晶石制品或白云石制品取代。此外，用于提炼金属铬、生产铬铁合金、不锈钢、制造重铬酸盐等。
铬矿是发展冶金、国防、化工等工业不可缺少的矿产资源,主要用于冶金工业生产不锈钢及各种合金钢、合金,在玻璃、陶瓷、、耐火材料等方面也有广泛用途。包括：
铸造级：用于大型铸钢件、铸造型砂、钢包引流砂
冶金级：用于生产高碳铬铁和低微碳铬铁
耐火级/化工级：用于生产镁铬砂、镁铬砖等耐火材料
南非的草原高地复合构造是世界上的铬矿资源储量最丰富的地区，占全世界已知铬储量的76.1%。其中西矿带是以鲁斯腾堡（RUSTENBUG）为中心，而东矿带以斯蒂尔波特（STEELPOORT）和博格斯福德（BUGERSFORT）
著名产地
铬铁矿的产地主要为巴西和古巴，生产国则主要是印度、伊朗、巴基斯坦、阿曼、津巴布韦、土耳其和南非，共占世界产量的80%，其中南非一国的产量便占40%。铬铁矿主要存在于中国的四川、西藏、甘肃、青海等省份。
价值矿物
有工业价值的铬矿物，其Ｃｒ２Ｏ３含量一般都在３０％以上，其中常见的是：
１.铬铁矿
化学成分为（Ｍｇ、Ｆｅ）Ｃｒ２Ｏ４，介于亚铁铬铁矿（ＦｅＣｒ２Ｏ４，含ＦｅＯ３２.０９％、Ｃｒ２Ｏ３ ６７.９１）与镁铬铁矿（ＭｇＣｒ２Ｏ４，含ＭｇＯ２０.９６％、Ｃｒ２Ｏ３ ７９.０４％）之间，通常有人将亚铁铬铁矿和镁铬铁矿也都称为铬铁矿。铬铁矿为等轴晶系，晶体呈细小的八面体，通常呈粒状和致密块状集合体，颜色黑色，条痕褐色，半金属光泽，硬度５.５，比重４.２～４.８，具弱磁性。铬铁矿是岩浆成因矿物，产于超基性岩中，当含矿岩石遭受风化破坏后，铬铁矿常转入砂矿中。铬铁矿是炼铬的最主要的矿物原料，富含铁的劣质矿石可作高级耐火材料。
２.富铬类晶石
又称铬铁尖晶石或铝铬铁矿。化学成分为Ｆｅ（Ｃｒ，Ａｌ）２Ｏ４，含Ｃｒ２Ｏ３ ３２％～３８％。其形态、物理性质、成因、产状及用途与铬铁矿相同。
３.硬铬尖晶石
化学成分为（Ｍｇ、Ｆｅ）（Ｃｒ、Ａｌ）２Ｏ４，含Ｃｒ２Ｏ３ ３２％～５０％。其形态、物理性质、成因、产状及用途也与铬铁矿相同。[3]
矿业简史
铬元素是法国化学家福克林（Ｌ.Ｎ.Ｖａｕｑｕｌｉｎ）于１７９８年发现的。铬铁矿石于１７９９年首次发现于俄罗斯的乌拉尔山区，该矿的发现与开发成为１８世纪世界铬铁矿的主要供应来源，那时铬主要用在化学工业上。１８２７年在美国的马里兰州发现铬铁矿之后，在宾夕法尼亚州和弗吉尼亚州又相继发现了铬铁矿，从而使美国成了当时世界铬铁矿有限的供给国之一。１８６０年土耳其发现了一个大矿床，供给国际市场。直到１９０６年印度和罗得西亚发现铬矿为止，土耳其一直是铬铁矿供应的主要来源。到目前为止，世界上已有４０余个国家和地区发现了铬铁矿，总储量达３７亿t，产量达１０００万t以上。
我国虽然在１９４９年以前在吉林、宁夏、河北等地发现过一些铬铁矿的线索，但并没有做过深入的调查和研究，全国仅知有２个矿点，一为吉林开山屯，一为宁夏小松山，前者已被日本侵略者掠夺殆尽。新中国成立以后，由于工业发展的需要，开始了铬铁矿的寻找与勘查工作。５０年代初东北重工业部组队赴开山屯、地质部组队进入宁夏小松山及河北高寺台、大庙一带开展了工作。６０年代在北京密云、甘肃肃北进行了铬铁矿普查工作，最后发现了密云县放马峪铬铁矿和肃北的大道尔吉铬铁矿。但是我国铬铁矿资源的真正突破应该说是在新疆和西藏发现铬铁矿之后。新疆开展铬铁矿工作是在５０年代后期，１９５８年进行放射性测量时发现了萨尔托海铬铁矿，１９５９～１９６４年又用重力、磁力和钻探方法找到了鲸鱼铬铁矿。１９６４～１９６６年地质部在新疆组织了会战。１９７０年鲸鱼矿山建成投产，这是当时我国唯一正规建井开拓的铬铁矿矿山。西藏铬铁矿是在５０年代末、６０年代初发现的，经过多年工作，探明了我国最大的铬铁矿矿床——罗布莎铬铁矿，并使西藏成了我国铬铁矿的主要产地。[4]
地理分布
中国已查明的56个铬铁矿区分布于全国13个省、市、自治区。其中以西藏为最多，保有储量425.1万吨，占全国总保有储量的39.4%。其次是内蒙古，保有储量174.4万吨，占16.5%；新疆，保有储量165.2万吨，占15.3%；甘肃，保有储量149.6万吨，占13.6%。以上4个省（区）保有储量合计为914.3万吨，占全国总保有储量的84.8%。其余北京、青海、河北、吉林、湖北、陕西、山西、四川、云南等9个省（市、自治区）保有储量合计只有163.6万吨，仅占全国总保有储量的15.2%。如按行政区看，主要集中在西南区（426.3万吨，占39.6%）、西北区（370.6万吨，占34.4%）、华北区（274.9万t，占25.5%），而东北和中南两行政区只占0.5%，华东区目前尚未查明有铬铁矿储量。
冶炼过程
铬铁是铬和铁组成的铁合金，是炼钢的重要合金添加剂。冶炼铬铁用的铬铁矿一般要求含Cr2O340～50%，铬与铁比值大于2.8。大量生产的含铬50%的“装料级铬铁”，用含Cr2O3和铬与铁比值较低的矿石。
铬铁按不同含碳量分为碳素铬铁（包括装料级铬铁）、中碳铬铁、低碳铬铁、微碳铬铁等。常用的还有硅铬合金、氮化铬铁等。铬铁主要用作炼钢的合金添加剂，过去都在炼钢的精炼后期加入。冶炼不锈钢等低碳钢种，必须使用低、微碳铬铁，因而精炼铬铁生产一度得到较大规模的发展。由于炼钢工艺的改进，用AOD法（见炉外精炼）等生产不锈钢等钢种时，用碳素铬铁（主要是装料级铬铁）装炉，因而只需在后期加低、微碳铬铁调整成分，所以铬铁生产重点是炼制碳素铬铁。
碳素铬铁用还原电炉冶炼，采用焦炭作还原剂，硅石或铝土矿作熔剂。炉渣成分一般为SiO227～33%，MgO30～34%，Al2O326～30%，Cr2O3<9.0%。由于形成碳化铬，产品含碳4～9%。现代冶炼铬铁的还原电炉容量为10000～48000千伏安，一般采用封闭固定式，冶炼电耗3000～4000千瓦？时/吨。冶炼硅铬合金的电炉与铬铁还原电炉相似，冶炼方法有一步法和二步法两种。一步法用铬铁矿、硅石、焦炭配加熔剂冶炼。二步法采用碳素铬铁、硅石、焦炭作原料进行无渣法冶炼，冶炼过程大体与硅铁生产相仿。冶炼电耗每吨3000～4000千瓦？时左右。
中、低、微碳铬铁一般以硅铬合金、铬铁矿和石灰为原料，用1500～6000千伏安电炉精炼脱硅，采用高碱度炉渣操作（CaO/SiO2为1.6～1.8）。低、微碳铬铁还大规模地采用热兑法进行生产。生产时用两台电炉，一炉冶炼硅铬合金，一炉熔化由铬矿和石灰组成的熔渣。精炼反应分两个阶段在两个盛桶内进行：①熔渣炉的熔渣注入第一盛桶后，把另一盛桶中已经初步脱硅的硅铬合金兑入，由于熔渣氧化剂过剩量很大，脱硅充分，可获得含硅低于0.8%、含碳低达0.02%的微碳铬铁。②第一盛桶内反应后的熔渣（含Cr2O3约15%）移至第二个盛桶后，把硅铬电炉炼就的硅铬合金（含硅45%）热兑入渣内，反应后得到初步脱硅的硅铬合金（含硅约25%），兑入第一盛桶进一步脱硅，熔渣含Cr2O3低于2～3%可抛弃。
吹氧法精炼中、低碳铬铁，用液态碳素铬铁做原料，吹炼时向熔池中加入少量石灰、萤石造渣，出铁前加硅铬合金或硅铁以回收渣中的铬。微碳铬铁的吹炼则在一定真空度下才有可能。
真空固态脱碳法精炼，用磨细的高碳铬铁为原料，其中磨细的高碳铬铁的一部分经氧化焙烧作氧化剂，配加水玻璃或其他粘合剂，压成团块，经低温干燥后，在车底式真空炉内，于真空度0.5～10毫米汞柱、温度1300～1400℃下加热还原35～50小时，可得到含碳低于0.03%甚至低于0.01%的微碳铬铁。
铬通过中间介质：铬铁合金的熔合进入铁，钢材和许多超合金里。方法是用碳和/或硅在高温的电弧熔炉里通过火法冶金还原铬铁矿石。铬铁合金本质上是铁和铬的一种合金并人为地加入相当量的碳和硅。
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